Международная группа исследователей назвала три квантовых материала, которые могут повысить чувствительность будущих установок для поиска тёмной материи. Расчёты показывают, что диcеленид титана способен увеличить чувствительность к некоторым разновидностям лёгкой тёмной материи до 1000 раз по сравнению с применяемыми сейчас эталонными материалами. Результаты опубликованы 2 сентября 2026 года в журнале Physical Review Letters, о них сообщает SciTechDaily.
В исследовании рассмотрены диcеленид титана (TiSe₂), рутенат стронция (Sr₂RuO₄) и алмаз с легированием дырками. Все три вещества обладают необычными электронными свойствами. Они могут реагировать на крайне малые энергетические импульсы, возникающие при взаимодействии лёгких частиц тёмной материи с обычным веществом.
Считается, что на тёмную материю приходится около 85% всей материи во Вселенной. Её гравитационное воздействие помогает объяснить движение галактик и формирование крупномасштабной структуры космоса, однако частицы тёмной материи пока не удалось обнаружить напрямую. Поскольку они не испускают, не поглощают и не отражают свет, учёным приходится искать следы их взаимодействия с обычным веществом.
Предложенные материалы содержат плазмоны — коллективные возбуждения, связанные с согласованным движением электронов. По расчётам, такие возбуждения могут усиливать сигналы от очень небольших энергетических передач, которые обычные детекторы не способны надёжно зафиксировать. Моделирование на основе фундаментальных принципов квантовой механики показало, что новые кандидаты могут работать эффективнее существующих материалов в широком диапазоне масс частиц.
Особенно перспективным оказался диcеленид титана: ожидаемое повышение чувствительности для него составляет от двух до трёх порядков. При этом пока речь идёт только о теоретических оценках, поскольку в действующих детекторах такой результат ещё не проверяли. У двух материалов также обнаружилась направленная чувствительность: их реакция зависит от того, под каким углом частица входит относительно внутренней структуры кристалла.
Вращение Земли меняет положение детектора относительно предполагаемого потока тёмной материи, поэтому сигнал может демонстрировать повторяющиеся суточные изменения. Это помогло бы отличать возможные события, связанные с тёмной материей, от фоновых явлений. Все три материала можно получать с помощью уже известных методов синтеза, а диcеленид титана, как предполагают расчёты, особенно подходит для масштабного производства.
Работу выполнили Йонит Хохберг и Ротем Овадия из Еврейского университета в Иерусалиме, Дино Новко из Института физики в Хорватии и Антонио Политано из Университета Л’Акуилы. «Тёмная материя остаётся одной из величайших загадок физики, и раскрытие её природы требует переосмыслить не только частицы, которые мы ищем, но и материалы, используемые для их поиска», — заявили исследователи. Они также указали, что другие квантовые материалы с подходящими низкоэнергетическими электронными возбуждениями могут открыть дополнительные возможности для обнаружения частиц тёмной материи.